一种铝合金压铸嵌件激光焊接工艺制造技术

本发明专利技术属于合金材料焊接技术领域，具体涉及一种铝合金压铸嵌件的激光焊接工艺。本发明专利技术以AlSi9Cu3为母材，以质量百分比组成为：Si：0.3‑0.6％、Fe：0.1‑0.3％、Mg：0.35‑0.6％、Cu：≦0.1、Mn：≦0.1、Ti：≦0.1、Cr：≦0.05、余量为Al及不可避免的杂质的组分为嵌件，母材与嵌件匹配良好，以嵌件部分作为焊接区域，通过激光焊接将压铸件与对手件焊接在一起，避免了传统焊接工艺中以ADC12/AlSi9Cu3作为压铸件焊接材料时产生的大量气孔和热裂纹；同时对嵌件进行T6处理和表面处理，T6处理避免了温度达到500℃以上时嵌件材料出现气孔、缩裂的风险，表面处理不仅能使嵌件表面平整光洁，而且在嵌件表面形成厚度适中的保护膜，阻碍焊接时氧气对嵌件表面的破坏，进而确保焊接稳定性和焊接质量。

A Laser Welding Process for Aluminum Alloy Die Casting Inserts

【技术实现步骤摘要】
一种铝合金压铸嵌件激光焊接工艺
本专利技术属于合金材料焊接
，具体涉及一种铝合金压铸嵌件的激光焊接工艺。
技术介绍
汽车的轻量化，就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。实验证明，汽车质量降低一半，燃料消耗也会降低将近一半。由于环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。由于新能源汽车的逐渐普及，大量的新能源电池模组需要采用焊接方式进行连接，为了满足汽车轻量化的要求，现有的压铸件材料主要为ADC12/AlSi9Cu3铝合金材质。目前ADC-12/AlSi9Cu3常用的有效焊接方式为FSW焊接，由于FSW设备的结构与功能的限制，并不适用于电池腔体的焊接。除此之外，还有MIG/CMT/TIG焊接工艺，由于压铸铝及铝合金的线膨胀系数约为碳素钢和低合金钢的两倍，导致铝凝固时的体积收缩率较大，焊件的变形和应力较大，因此，需采取预防焊接变形的措施。铝焊接熔池凝固时容易产生缩孔、缩松、热裂纹及较高的内应力。生产中可采用调整焊丝成分与焊接工艺的措施防止热裂纹的产生。在铝硅合金中含硅0.5％时热裂倾向较大，随着硅含量增加，合金结晶温度范围变小，流动性显著提高，收缩率下降，热裂倾向也相应减小。根据生产经验，当含硅6％～11％时产生较为严重的热裂，因而采用硅含量4.5％～6％焊丝只是减小的抗裂性并不能完全消除热烈的现象。铝对光、热的反射能力较强，固、液转态时，没有明显的色泽变化，焊接操作时判断难。高温铝强度很低，支撑熔池困难，容易焊穿。铝及铝合金在液态能溶解大量的氢，固态几乎不溶解氢。在焊接熔池凝固和快速冷却的过程中，氢来不及溢出，极易形成氢气孔，使焊缝处机械性能下降。另外，还有激光焊接工艺，激光焊接具有加热快和瞬时凝固的特点，深宽比高达到12∶1，但是由于铝合金具有高的反射率和良好的导热性以及等离子体的屏蔽作用，常用的ADC12/AlSi9Cu3压铸件材料在焊接时不可避免地出现两个严重缺陷：气孔和热裂纹，进而破坏焊缝金属的致密性，减小焊缝有效截面，还可能促成冷裂纹、引起泄漏，同时，还降低焊缝的力学性能、弯曲强度、冲击韧性及疲劳强度。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供一种生产效率高、性能好、焊缝处可以完全达到高强度机械性能要求的铝合金压铸嵌件激光焊接工艺。本专利技术的上述目的可以通过下列技术方案来实现：一种铝合金压铸嵌件激光焊接工艺，包括如下步骤：S1、材料选取：选取铝合金压铸材料与挤压型材分别作为母材和嵌件；S2、材料制备：将S1中所述嵌件先机加工再T6处理和表面处理，同时将所述母材熔炼成合金液，然后将嵌件放入模具与浇注的合金液压铸成型，得压铸整体件；S3、装夹：将压铸整体件装夹在焊接夹具上，同时调节焊接夹具使整体件中嵌件与对手件吻合在焊接位置上；S4、焊接：在混合保护气氛下采用激光焊接将压铸整体件和对手件焊接在一起。对于简单结构间的焊接现有技术通常将压铸件和对手件直接焊接在一起，对于稍复杂结构间的焊接需要在压铸件中镶入嵌件完成焊接，但往往采用的嵌件与压铸件组分相同，基本能满足要求较低的焊接工件，但对于新能源电池模组这种需要高精度高质量焊接连接的工件，现有的焊接工艺已不能满足需要，因此，本专利技术采用与压铸件组分不同的嵌件，以压铸件为母材，以嵌件部分作为焊接区域，通过激光焊接将带有嵌件的压铸件与对手件焊接在一起，避免了传统焊接工艺中焊接产生的大量气孔和热裂纹。同时，本专利技术还在嵌件镶入压铸件前对其进行T6处理和表面处理，T6处理避免了温度达到500℃以上时嵌件材料出现气孔、缩裂的风险，表面处理不仅能获得平整光洁的表面，而且在嵌件表面形成厚度适中的保护膜，阻碍焊接时氧气对嵌件表面的破坏，进而确保焊接稳定性和焊接质量。作为优选，步骤S1中的母材为AlSi9Cu3铝合金。本专利技术选择以AlSi9Cu3作为母材，不仅是因为其具有良好机械和力学性能，更是因为其与嵌件具有良好的结合相容性。作为优选，步骤S1中的铝合金嵌件由按如下质量百分比的组分组成：Si：0.3-0.6％、Fe：0.1-0.3％、Mg：0.35-0.6％、Cu：≦0.1、Mn：≦0.1、Ti：≦0.1、Cr：≦0.05、余量为Al及不可避免的杂质。在本专利技术的焊接工艺中除了要求嵌件要与母材相匹配外；还要尽量避免出现晶界合金元素偏析及低熔点组分，因为如果嵌件组分出现上述情形会导致焊接局部区域的金属原子结合力遭到破坏形成新界面而产生缝隙。本专利技术采用上述配伍合理的嵌件组分，在焊接完成时未出现裂纹及气孔等缺陷，且通过电镜扫描断口及焊缝横截面形貌可以看出焊接效果佳。作为优选，步骤S2中的T6处理具体为：将嵌件加热至550-580℃，保温3-5h，再水冷至30-80℃，然后于200-250℃温度下保温3-4h。本专利技术在嵌件未镶入母材时对其进行T6处理，可以避免在温度达到500℃以上时嵌件材料出现气孔、缩裂的风险，进而避免降低嵌件与母材的结合致密性及嵌件与对手件焊缝有效截面积。作为优选，步骤S2中的表面处理为先抛丸处理再化学钝化处理。本专利技术将抛丸处理和化学钝化处理结合起来，不仅能使嵌件与母材牢固结合，还能防止嵌件表面被腐蚀，进而实现在焊接时嵌件与对手件之间的有效结合，保证焊接质量。进一步优选，抛丸处理工艺为：抛丸距离为400-500mm、喷射角为30-40°、砂粒大小为65-75目。进一步优选，化学钝化处理工艺为：将经过抛丸处理的嵌件于pH为2.5-3.0、温度为30-40℃的钝化液中进行2-8min钝化处理。本专利技术在该工艺条件下形成的钝化膜均匀致密，而当pH小于2.5、温度高于40℃，钝化液中氢离子浓度过高，迁移速率过快，使得氧化还原反应速率过快，导致形成的氧化膜薄而多孔；当pH大于3.0、温度低于30℃时，钝化液活性较低，使得整体反应速率过慢，成膜速度较慢，导致膜层厚度不均匀且附着不牢。再进一步优选，钝化液由按如下质量百分比的组分组成：硫酸4.8-7.1％、氟锆酸铵15-20％、硝酸钠3.7-8.0％、醋酸5.5-10％、壬基酚聚氧乙烯醚0.5-1.2％，余量为水及不可避免的杂质。本专利技术硫酸主要是调节溶液的pH，为钝化膜的形成提供酸性环境，添加少量的醋酸，一方面因其独特的性质能在溶液中构成CH3COOH-CH3COOH-缓冲对，只有在加入大量强酸或强碱将CH3COOH-或CH3COOH耗尽的情况下，才会较大程度地改变溶液的酸度，因此CH3COOH的存在能使钝化液的pH较长时间维持在2.5-3.0的范围，以确保钝化液的稳定性；另一方面醋酸与硫酸协同作用促进转化膜的生成。同时，在硝酸钠的协同作用下，氟锆酸铵作为主盐参与成膜反应，但氟锆酸铵的质量百分比要严格控制在12-20％，若低于12％，钝化液中氟锆酸铵浓度偏低，则反应速度慢，形成的钝化膜颜色浅，光泽较差，若高于20％反应速度加快，钝化膜颜色加深且色泽不均匀。在以上组分中再加入少量的非离子型表面活性壬基酚聚氧乙烯醚，不仅能降低基体与钝化液间的表面张力，还能和其他组分协同阻止嵌件凹处化学反应的进行，进而在嵌件表面形成更加均匀平整的钝化膜，有了钝化膜的保护，嵌件表面不会被有害气体腐蚀，使焊接区域与对手件实现稳定有效本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝合金压铸嵌件激光焊接工艺，其特征在于，所述的焊接工艺包括如下步骤：S1、材料选取：选取铝合金压铸材料与挤压型材分别作为母材和嵌件；S2、材料制备：将S1中所述嵌件先机加工再T6处理和表面处理，同时将所述母材熔炼成合金液，然后将嵌件放入模具与浇注的合金液压铸成型，得压铸整体件；S3、装夹：将压铸整体件装夹在焊接夹具上，同时调节焊接夹具使整体件中嵌件与对手件吻合在焊接位置上；S4、焊接：在混合保护气氛下采用激光焊接将压铸整体件和对手件焊接在一起。

【技术特征摘要】
1.一种铝合金压铸嵌件激光焊接工艺，其特征在于，所述的焊接工艺包括如下步骤：S1、材料选取：选取铝合金压铸材料与挤压型材分别作为母材和嵌件；S2、材料制备：将S1中所述嵌件先机加工再T6处理和表面处理，同时将所述母材熔炼成合金液，然后将嵌件放入模具与浇注的合金液压铸成型，得压铸整体件；S3、装夹：将压铸整体件装夹在焊接夹具上，同时调节焊接夹具使整体件中嵌件与对手件吻合在焊接位置上；S4、焊接：在混合保护气氛下采用激光焊接将压铸整体件和对手件焊接在一起。2.根据权利要求1所述的压铸嵌件激光焊接工艺，其特征在于，所述步骤S1中的母材为AlSi9Cu3铝合金。3.根据权利要求1所述的压铸嵌件激光焊接工艺，其特征在于，所述步骤S1中的嵌件由如下质量百分比的组分组成：Si：0.3-0.6％、Fe：0.1-0.3％、Mg：0.35-0.6％、Cu：≦0.1、Mn：≦0.1、Ti：≦0.1、Cr：≦0.05、余量为Al及不可避免的杂质。4.根据权利要求1所述的压铸嵌件激光焊接工艺，其特征在于，步骤S2中的T6处理为：将嵌件加热至550-580℃，保温3-5h，再水冷至30-80℃，然后于200-250℃温度下保温3-...

【专利技术属性】
技术研发人员：马焕祥，
申请(专利权)人：宁波旭升汽车技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33